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Studies on Development of Controllers and State Estimation Filters for Teleoperation Systems with Communication Networks
Get PDF京都工芸繊維大学博士（工学）本論文では，ネットワークを介する柔軟マスタースレーブアームのバイラテラル制御について議論する．本研究で考える柔軟マスタースレーブアームを用いたバイラテラル制御システムは１リンクの剛体マスターアームと並行構造の１リンク柔軟スレーブアームから構成される．柔軟アームはEuler-Bernoulli梁であると仮定し，非線形システムとして扱う場合と線形システムとして近似して扱う場合の２種類がある．更に，柔軟アームはサーボモータによって駆動されるものとする．したがって，バイラテラル制御システムに組み込むためにサーボモータの数学モデルが必要となり，この数学モデルを明確に記述することで柔軟アームとサーボモータは一体のシステムとして記述されることになる．また，本研究で扱うバイラテラル制御システムは遅延時間が発生するネットワークによって接続されている．各アームの状態量や参照入力などはネットワークを介して相互に通信されるため，観測されるデータは遅延時間の影響を受けることになる．すなわち，ネットワークが発生する遅延時間によって送信したデータが時間軸に沿って平行移動する，もしくは乱雑さの影響を受けて観測されることになる．本研究では，遅延時間として「一定の遅延時間」，「時変の遅延時間」を設定し，各々の遅延時間に対して提案するバイラテラル制御システムのネットワーク化制御を議論する．このようなシステムに対してコントローラを設計するために，提案するバイラテラル制御システムの総エネルギ，すなわち剛体マスターアームのエネルギ，柔軟スレーブアームのエネルギ，更に両アームの根元の角度を一致させるための仮想エネルギの和に基づくリヤプノフ関数の候補を定義する．リヤプノフ関数の候補を時間微分することで，剛体アームに作用する反トルクを生成するPDコントローラ，柔軟アームのコントロールトルクまたはサーボモータの参照入力を生成するPDSコントローラを導出する．また，リヤプノフの安定定理より提案するバイラテラル制御システムの安定性及び受動性を解析的に証明し，システムが安定に動作するための各コントローラのゲインの条件を導出する．そして，提案するバイラテラル制御システムの性能を評価するために，数値シミュレーションと実機実験を行う．更に，本研究ではランダムな遅延時間を伴う線形確率システムに対して状態推定器を設計することを考える．ランダムな遅延時間は「平均遅延時間と乱雑さの和」及び「確率的ロジスティック方程式」によってモデル化する．システムの状態量がネットワークを介して観測される際にランダムな遅延時間の影響を受けるため，ランダムな遅延時間は観測システムに現れる．本論文では，ランダムな遅延時間を陽に取り扱うために観測システムにテイラー展開を施す．これにより観測システムは状態量とランダムな遅延時間の積を観測ノイズとして持つ確率システムとして表現される．ここで現れる観測ノイズは乗算ノイズと呼ばれ，これによりランダムな遅延時間を含むシステムは乗算ノイズを含む双線形システムとなる．このシステムに対してランダムな遅延時間の影響を低減するフィルターを設計し，更に，設計したフィルターの有効性を評価するために数値シミュレーションを行う
オートバランサにおけるバランス残差低減方法とその動作解析
Get PDF京都工芸繊維大学博士（工学）本論文の目的は、オートバランサのバランスボールのバランス残差を低減して振動抑制性能を向上するために、より最適な回転速度プロファイルの条件を求めることにある。そのために危険速度通過時のボール動作を詳しく解析する。これまでの多くの報告では、オートバランサの定常的な特性を論ずることに主眼を置いており、非定常特性が論じられることはなかったのに対して、本稿ではオートバランサの運動方程式を非定常振動モードでモデリングし、オートバランサ加速時の時間軸シミュレーションを行う。即ち、回転速度プロファイルの変速期間における開始時刻と終了時刻とプロファイル形状をパラメータとして網羅的にシミュレーションにより解析することにより、バランス残差を低減するための最適な条件を探る。その際にボールの移動力を考慮することで、残差が解消できる根拠を示す。また、オートバランサの危険速度通過時におけるバランスボールの動作をシミュレーションにより解析することで、非同期回転の発生を低減する為の条件を定量的に探索する。さらに、非同期回転を低減する為に、回転速度プロファイル制御がどういう効果を及ぼすかを明らかにする。さらに、上記のバランス残差低減のためのボール動作の解析、並びに非同期回転低減のためのボール動作の解析に関して、オートバランサを搭載した光ディスク 装置を用いた実験によって検証する。なお、バランスボールのバランス残差を実験で精度良く把握することは、機械的なばらつきの影響の為、困難である。従ってバランス残差はシミュレーションで確認する。実験ではバランス残差が解消された結果として振動が抑制されることを示す
繰返し載荷を受けるH形鋼梁の塑性変形能力を確保するための補剛方法に関する研究
Get PDF京都工芸繊維大学博士（工学）梁の横座屈は骨組耐力や変形能力を低下させる主要因であり，多くの実験的・解析的研究が行われてきた．米国では，19世紀後半から，H形鋼梁の横座屈に関する多くの実験が行われてきた．様々な理論研究，実験および数値解析を経て，それらの研究成果は世界中の諸設計基・規準に反映されている．日本では，1970年代から実験的，解析的研究が精力的に行われた．横座屈耐力の評価や横座屈を拘束するための横補剛の配置・剛性・補剛力に関する研究が進められ，崩壊に至るまでの耐力を評価する塑性設計の体系が整えられた．一方，1981年の新耐震設計法施行以前の適合不適格建物においては横座屈後の挙動について検討されていないこと，梁横座屈後の骨組の耐力をどのように評価すべきかという視点から，現在は，横座屈後の梁の挙動について着目して横座屈および座屈補剛に関する多くの研究が行なわれている．これらの多くの研究成果を基に，効果的に横座屈を拘束する目的で，横補剛に関する規定が各国ごとに定められている．しかし，その横補剛の配置方法は，均等間隔で補剛する方法や，存在応力に対して補剛位置を決定する方法と様々である．米国では塑性ヒンジ部近傍を拘束した後，残る部分に許容応力度設計で横補剛を配置するという補剛法が導入されたのち，均等間隔に横補剛を配置する横補剛規定を採用している．中国においても，横補剛を均等間隔に配置する規定を採用している．一方，日本では，地震時の大変形時にも耐力が低下しないよう，現行の耐震設計基・規準において，保有耐力横補剛が規定されており，均等間隔補剛規定と端部補剛規定が示されている．しかし，均等間隔補剛規定は，設計は簡便であるが，材長が長くなるにつれて補剛数が極めて多くなるという特徴を持つ．また，端部補剛規定は設計手順が面倒であるという問題を持つ．以上のように，各国によって補剛設計方法が異なるが，それぞれの基本が保証する変形性能を明らかにした上で，設計式は統一されることが望ましいと考えられる．本論では，横補剛に着目し，日中米三国の補剛規定とその補剛効果の違いを明確にし，それぞれの横補剛を有する梁の数値解析を行い，終局耐力や変形能力について明確にする．その中で最も効果的な補剛方法に着目し，より簡便な補剛方法を提案することを試みる．より簡便で効果の高い補剛方法を提案することで，建物の耐震性と設計の自由度を上げることを目指す．1章では，本研究の目的と背景，論文構成について述べている．2章では，本論に行う数値解析の適切な載荷履歴を決定する目的で，梁部材の変形がどの程度の骨組の変形に相当するのを明確にしている．汎用有限要素法プログラムMarc2010を使用し，水平力を受ける門形ラーメン骨組を対象とした有限要素法数値解析を行い，層間変形角と梁の材端回転角の関係をまとめ，数値解析の載荷履歴を決定した．対象とする骨組の階高hは4mであり．梁の長さは，λy=110～570 で変化させる．これらの数値解析結果より，梁に要求される変形性能をまとめ，層間変形角と梁部材の材端回転角との関係を示した．その結果，梁の材端回転角0.045radに相当する層間変形角は，1/18～1/12radとなっており，本論文で使用する載荷履歴を決定した．3章では，日中米３国の補剛規定をまとめ，比較している．研究対象とする基・規準は日本の鋼構造設計規準，建築物の構造関係技術基準解説書，中国のGB50017-2003基準および米国のANSI/AISC 341-10基準である．異なる性能を要求するこれらの補剛規定に従って，いくつかの梁について必要補剛数を求め，それぞれの補剛形式下の終局的な梁の耐力や変形能力を明確にしている．本章では，H-500×200×10×16，H-600×200×11×17，H-800×300×14×26，材長はλy=110，250，570である梁を対象とした．米国，中国の規定は，ほぼ同じであることを示し，日本の保有耐力横補剛は，材長によって補剛数が大きく異なることを示した．4章では，汎用有限要素法プログラムMarc2010を用いて，数値解析を行い，第３章で示したそれぞれの基準に従った横補剛の補剛効果を明確にしている．梁の材端変形角にして0.1radまでの単調載荷および0.015rad，0.03rad，0.045radの振幅を2回ずつ繰返す繰返し載荷とした．数値解析結果より，中国と米国の規定は，ほぼ同等の効果を示すことを明らかにした．また，3国の規定の中で，日本の保有耐力横補剛が最も効果的であることを示した．5章では，4章で最も効果的であることを示した日本の保有耐力横補剛の利点を取り入れ，端部補剛で挟まれた中間部を均等間隔で補剛する方法を提案している．汎用有限要素法プログラムMarc2010を用いて，端部補剛間の均等補剛間隔をパラメータとした繰返し載荷を受けるH形鋼梁の数値解析を行い，細長比λy=570の梁について，必要補剛間隔は100iyでよいことを示した．また，他の材長に対する効果を確認するため，細長比λy=170～570の梁の解析を行い，全ての材長に対して，最大耐力および最終耐力がおおむね全塑性モーメントを満足できることを示した．6章では，以上の内容をまとめた結論を記した．建物の耐震性向上につながるより簡便で，効果的な補剛方法を提案することができた
太陽光発電パネル用バックシートフィルムの耐久性評価および部分放電による劣化評価方法の検討
Get PDF京都工芸繊維大学博士（工学）太陽光発電システムは実用化されてから既に20年以上の歴史があり、地球温暖化対策のひとつとしてドイツやスペインを中心とした欧州連合（EU）では再生エネルギー買い取り制度の導入によって、太陽光発電システムの設置が急激に増加し、世界的にかつてないほどの急激な普及を遂げてきている。日本においても、家庭用はもとより学校はじめ図書館などの公共施設に太陽光発電システムが次々に導入されてきた。更に、2011年に発生した東日本大震災による｢脱原子力発電政策｣等による再生エネルギーの20年間の固定価格買い取り制度(2012年)の導入によって家庭用、公共施設は元より、工場などの産業用まで幅広く太陽光発電システムが検討されており、産業用では企業内にメガソーラ事業を興すなど大規模な太陽光発電システムが次々と導入され、2050年には設備容量が2億kWに達すると予想されている。一方、太陽光発電システムは一般に20年以上の寿命が要求されているが、壁面や屋根の上に設置される場合が多く、日常点検や管理は容易でない上に、使用中に発電量の低下したものが発生している。しかし、この低下が日照時間等の天候によるものなのか、太陽光発電パネル（以下PVパネルと略す）の性能低下によるものなのか判断することは困難である。太陽光発電の計測データを解析すること以外で、その性能低下を判断する方法がほとんどないのが現状である。そこで、本研究では、発電量の低下の原因の第一要因であるPVパネルを構成するバックシートの損傷、劣化の原因究明と健全性を確認するための非破壊による診断方法を確立し、設置現場でパネルの健全性評価に資することを目的とした。本論文は、全5章で構成され、各章の構成は以下の通りである。第1章では緒論として、本研究の背景、目的と意義、そして本研究に至った経緯を述べた。第2章では、まず実際に実用化されて3～6年間現場に設置されていたPVパネルの発電性能を調査した。約3年間の現場設置ですでに発電性能が初期性能の82～87 %に低下していることがわかっているPVパネルを入手した。更にそれらのPVパネルから採取したバックシートから試験片を切り出し、バックシートの材料強度の低下を引張試験等にて確認した。SEMにて引張試験後の破断面の観察を行い、さらにFT-IR測定装置、DSC測定装置およびレーザーラマン分光測定装置を用いて、バックシートの加水分解の程度や結晶化の進展からその劣化度合いを評価した。その結果、3年間設置されたバックシートは、外表面側から内表面側へ加水分解が進行していることがわかった。また、外表面側より内表面側から結晶化が進行していたことも明らかとなった。現場設置された稼動中のPVパネルのバックシートは、実使用環境での劣化度を評価することが可能であることを示した。第3章では、実際に現場に8年間設置されたPVパネルのバックシートと市販されているPVパネル用のバックシートを用いて、温水浸漬試験および高温高湿試験による促進劣化を行い、それらの機械的特性および部分放電開始電圧と部分放電回数について検討した。その結果、現場に8年間設置されたPVパネルのバックシートの劣化度合いに対して市販のPVパネルバックシート材料であるPETフィルムの促進劣化評価試験法が有用であることを示した。第4章では温水浸漬試験および高温高湿度試験の促進劣化試験評価法の妥当性について検討した。その結果、PVパネルのバックシートの材料であるPETフィルムの加水分解劣化が進行すると、フィルム内部に微細な空洞やき裂が生じて絶縁抵抗および部分放電開始電圧が低下し、部分放電容量が最大となるピーク電圧も低下することを明らかにした。また、PETフィルムの引張試験による破断強度や破断伸び等の機械的評価、部分放電による電気的評価、および熱分析・分光分析による物性と構造との関係を明らかにした。第5章では、本論文の結論を述べた
植物繊維およびその複合材料の熱劣化時の色特性と機械的特性に関する研究
Get PDF京都工芸繊維大学博士（工学）社会の化石資源依存率が高くなったことにより資源枯渇や地球温暖化といった環境問題が生じている．ものづくりの分野においては，その解決法の一つとしてバイオベース材料の成形素材としての活用が推進されており，中でも植物繊維であるセルロースの利用が注目されている．しかし，セルロースは加熱にともないその結晶領域や非結晶領域の変性、高分子の分解による脱水、ガス放出、タール状物生成、炭化といった現象が生じ強度が低下する．また，このような熱による変化が生じる際，分子内の水酸基脱離反応などにともない高分子骨格中に共役二重結合が生成され可視光領域のエネルギーを吸収するようになり，変色が発生する．このようなセルロースの熱劣化による強度低下や変色の抑制技術の開発が大きな問題となっている．ここで両者の熱劣化現象は同じ原因に由来することから両者には高い相関があると考えられる．両者の相関関係を明らかにし，熱劣化による色変化の度合いから，材料の強度低下を判断することができれば，セルロース製品の寿命推測の一環として利用できる．また，強度に対する耐熱性の向上が得られれば変色の抑制にも繋がることが期待できる．そこで本研究では，熱負荷を受けるセルロース繊維の変色と強度変化を明らかにするとともに，それらの関係を明確にした．また，セルロース繊維のプラスチック複合材料の強化材としての応用を念頭に置き、汎用樹脂の融点付近である200℃程度の温度範囲におけるセルロースの化学処理による耐熱性向上を目指した．本論文は6章で構成されており，第1章の緒論では，前述のような研究の背景と既往の研究を取りまとめた．第2章では，セルロース繊維としてコットン，ラミーおよびケナフを試料として用い，これに熱負荷を与えて劣化試料を作製し，繊維の変色および単繊維の引張強度に与える影響や変色と引張強度の相関関係を考察した．その結果，3種の繊維とも加熱温度が高く，また加熱時間が長くなるほど強度が低下し，強度保持率で比較すると繊維素材の違いに関わらず，同じ熱負荷条件ではほぼ同じ強度保持率を示すことを明らかにした．また，3種の繊維について同じ条件で熱負荷を与えた際の色特性を検討した結果，いずれの繊維も加熱温度が高く，また加熱時間が長くなるほど熱負荷を与える前との色差が大きくなることを示した．さらに，3種の繊維について熱負荷を与えた際の強度変化と色変化の相関を検討したところ，実用的な熱負荷の範囲においては加熱による色差が大きくなるほど強度が直線的に低下することが示された．このことから，セルロース繊維に熱負荷が与えられた場合，色差を測定することによって強度変化の評価指標となりうることを明らかにした．第3章では，代表的な天然繊維であるコットンの耐熱性を向上させる目的でTEOSによる化学処理を行った．処理した繊維は180~220℃の範囲の熱負荷を与えた場合において，単繊維引張強度と引張弾性率の低下を抑制できることが明らかになった．また，そのメカニズムとして，分子内および分子鎖間のシロキサン結合の形成による加熱時の分子内脱水反応抑制の影響が示唆された．さらに，200℃前後の温度範囲における繊維の耐熱性は難燃性の研究でしばしばよく議論されているTGAにおける300℃以上の重量変化挙動とは必ずしも一致しないことが示された。第4章では，第3章の手法により得られた耐熱性コットン繊維を用いて繊維強化複合材料を圧縮成形し，その機械的特性を検討した．成形品の引張試験より，成形温度170~220℃，成形時間5~60分の条件において未処理コットン繊維を用いた成形品と比べて耐熱性コットン繊維を用いた成形品の成形時の熱負荷による強度低下が抑えられることを示した．また，耐熱性コットン繊維を用いることで繊維の熱劣化が抑制され，加熱成形により長い時間をかけることが可能になり，その結果，樹脂の含浸性を高めた機械的特性に優れた複合材料が成形できることを明らかにした．第5章では，耐熱性コットン繊維に熱負荷を与えた場合，および耐熱性コットン繊維を用いて複合材料を加熱圧縮成形した場合の変色特性を分析することにより，変色と引張強度との関連性を検討した．その結果，加熱温度160~240℃，加熱時間15分の熱負荷を与えた場合において，耐熱性コットン繊維の変色が未処理セルロース繊維より少ないことを明らかにした．また，耐熱性コットン繊維を用いて複合材料を成形した場合，成形温度170~220℃，成形時間15分の条件において耐熱性コットン繊維を用いることにより成形品の変色を低減できることが示された．さらに，繊維および成形品の強度と色差の関係より変色の程度が強度低下の評価指標となることが示唆された．第6章では，第2章から第5章までの総括と今後の課題および将来の展望をまとめた．本研究によりセルロース繊維の熱劣化による変色と強度低下の相関関係が明らかになり，さらなる，詳細な検討を加える必要はあるが，色差をセルロース繊維強化複合材料の成形加工プロセス中の製品の強度管理へ適用できる可能性もみいだせた
Potential aspects supporting δ-aminolevulinic acid-induced photodynamic therapy
Get PDF京都工芸繊維大学博士（学術）The lives of the cells and of the body as a whole are crucially dependent upon the biosynthesis and metabolism of porphyrins. Almost all types of cells of the human body, with the exception of mature red blood cells, are equipped with a machinery to synthesize heme. Although nearly all human cell types express the enzymes involved in the heme synthesis, a distinct activity of the enzymes in tumor as compared with normal cells leads to a higher PPIX accumulation within transformed cells. These facilitate the ALA-PDT. However, this therapy has its limitations. Despite the general tolerance, some patients have complained of stinging, burning, pricking, smarting and itching pain during PDT and several hours after irradiation. At first, the present study apparently clarifies the penetration of ALA via two typical NTTs, SLC6A6 and SLC6A13, into tumor cells as well as their significant contribution to PDT. This elucidation should directly help to optimize this photo-based therapy by mediating the formation of photosensitizer through these transporters. Consequently, we could gain a better either control or modification of the diagnostic and treating applications. Besides, thanks to the primary sensory-nerve-ending location of these transporters, clarification of ALA uptake through NTTs initially provides a molecular explanation for clinical pain drawback of ALA as well as ALA-methylester-PDT, to which many patients have to face during the therapy. This finding as well might help to overcome the sufferings by impact on appropriate mechanisms. In another approach, this study identified the p53-responsive element in the proximal promoter region of the human frataxin gene. In addition, the treatment of frataxin-overexpressing HeLa cells with iron citrate markedly decreased the ALA-induced accumulation of protoporphyrin. Not only the inhibition of p53 function but also the knockdown of p53 reduced frataxin, mRNA and increased the photosensitizer accumulation, addressing that the utilization of mitochondrial iron, which is relating to PPIX, is regulated by p53 via level of frataxin. Besides, from distinct regulation of the expression and function of frataxin between p53-mutated tumor cells and usual p53-induced regulation of frataxin in normal cells, FECH, the enzyme supposedly differentiates the outcomes of PDT between normal and tumor cells, is suggested to be regulated by the p53-frataxin complex. In brief, ALA-PDT possibly mediated through FECH by affecting on the p53-frataxin modality. Thus far, in the relative comparison, management of effectiveness of ALA-PDT through import gateway, such as SLC6A6 and SLC6A13, is more facilitating than the p53-frataxin modality. This is due to the comprehensibly enzymatic conversion of the precursor ALA than handle multifunctional p53 and frataxin, which participate in many intracellular metabolisms with as yet unclarified mechanisms
Design and Characterization of Photorefractive Polymer Composites
Get PDF京都工芸繊維大学博士（工学）In this work, the material design direction of photoconductive polymer for photorefractive (PR) composite is proposed. Several different polymers are synthesized and applied to fabricate PR composite to qualify advantage and disadvantage of each material design approach. The monolithic co-polymer with carbazole and nonlinear optical (NLO) is synthesized successfully with high molecular weight by polymer analogous reaction. The approach of using PR composite based on monolithic co-polymer has been proved its effectiveness in loading a high concentration of chromophore without phase-separation. However, response time is decreased due to low photoconductivity. The triphenylamine is chosen to improve the PR properties. Poly(4-(diphenylamino)benzyl acrylate) (PDAA) is synthesized by radical polymerization. Composite based on PDAA shows > 80% diffraction efficiency at a moderate applied field. Shorter wavelength of writing beam gives better PR performances. The demonstration of real-time hologram display is performed successfully with PDDA-based composite devices at low applied field of 25 V/?m. The strategy of using higher highest occupied molecular orbital (HOMO) level polymer is confirmed by comparing two similar polymer with different ionization potential (IP) values. Poly(4-((4-methoxyphenyl)(phenyl)amino)benzyl acrylate) (PMPAA) is synthesized with a comparable molecular weight to PDAA. The methoxy modification in PMPAA does not only raise the HOMO level but also contribute significant improvement in chromophore orientation. The comparison of the two kinds of composite based on PDAA and PMPAA reveals that higher HOMO level of photoconductive polymer does not always lead to better PR performances. The controlling of trap in PR composite is found to be more important to obtain the desired properties
中国と日本の『水滸伝』図像における比較研究―陳洪綬と歌川国芳を中心に
Get PDF京都工芸繊維大学博士（学術）『水滸』図像の発展の流れを遡り、両国で最も名高い『水滸』挿絵及び『水滸』の人物画像を中心に比較研究を展開する。中国明時代(1610)容与堂刊本『李卓吾批評忠義水滸伝』の挿絵と日本江戸期（1805～1838）葛飾北斎の『新編水滸画伝』の挿絵を、明崇禎末年（1641年）陳洪綬の版画『水滸葉子』と江戸期（1818～1844）歌川国芳の錦絵『通俗水滸伝豪傑百八人之一個』を例として比較研究を行い、両者の図像における人物造形、ストーリーとの関連性の比較を通し、両国の絵師たちの作品に含まれる思想性、文化の特徴を見る。筆者は中国と日本の『水滸』画像の特徴を分析し、図像に含む両国の文化の特徴も指摘し、そして自分の作品を通し、中国古典文学を題材した作品の創作について自分の考えを述べる
松ノ井覚治の建築ドローイング
Get PDF京都工芸繊維大学広報誌KIT・NEWS,Vol.37, 2014.11,美術工芸資料館収蔵品紹介30,pp.15-16著作権保護期間中のため、文中のドローイングは掲載を見合わせております。悪しからずご了承ください